用于制造高强度和延展性的钢板的热处理制造技术

本发明专利技术涉及用于制造高强度和延展性的钢板的热处理。通过加热工件至刚好在其奥氏体转变温度（Ac3温度）以上的温度，用于冷成型的低合金钢工件的显微结构可以有利地改变。钢工件然后冷却到刚好其Ac3温度以下以促进奥氏体晶粒上及之间的铁素体形成。Ac3温度以上和以下的加热和冷却重复预定次数以在工件淬火到其马氏体转变温度以下之前细化奥氏体晶粒以形成马氏体与更多残余奥氏体的混合物。在淬火钢工件至环境温度以前，工件可以在其马氏体区域进一步地被加热以增大残余奥氏体的比例。提高了工件的成型性以及其成型形状的强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及经常为轧制板或带形式的低合金碳钢工件的热处理，以在例如冲压期间增加工件的成型性，同时获得更强的成型件。更具体地说，本专利技术涉及热处理，其中，在工件在低于其Ms温度下淬火以在其细化的显微结构中形成马氏体与残余奥氏体的期望混合物之前，低合金钢板或工件以预定计划在其奥氏体转变温度(A3温度)之上和之下循环。这种热循环的效果是增加了初始工件的成型性同时产出更高强度的成型产品。
技术介绍
普通的碳钢成分的板和带已经多年用于形成汽车的车身结构构件和车身板。这种钢工件能够冲压或以其他方式形成为各种经常是复杂的车身构件形状并且显示出这种制造所需的强度。但是，随着对降低车重以改善燃料经济性的增加的需求，已经必须减小钢板和钢带的厚度并且提高这种工件的成型性，同时设法获得成型的车身部件及其他结构的甚至更高的强度。按照美国钢铁学会的描述，“当没有规定添加的铬、钴、钥、镍、铌、钛、钨、钒或锆或任何其他元素的最低含量以获得期望的合金效应时；当铜的规定最低值不超过0.40%时；或者当任何下列元素的最高含量不超过所指百分比时:锰1.65、硅0.60、铜0.60，钢被认为是碳钢。”在这个定义中，没有规定碳含量。低合金钢通常含有少量的锰、镍、铬、钥、钒和硅中的一种或多种。例如，一种典型的低碳低合金钢，除了微量的通过再循环及初始材料的其他处理引入的其他元素之外，可以由(重量百分比)最多0.25%的碳、0.4%至0.7%的锰、0.1%至0.5%的娃以及剩余的铁组成。在制造汽车车身部件的准备中，这种普通的和低碳钢的成分通过热轧和冷轧操作的组合由铸锭成型为板或带的轧辊。根据它们的热处理和机械加工处理历史，这种热轧钢和冷轧钢在环境温度下可以 具有多种显微组分。这种显微组分可以包括铁素体(α -铁)-体心立方晶体结构的铁原子；碳化铁或〃渗碳体〃；残余奥氏体(Y -铁)-面心立方晶体结构的溶解碳的铁原子；和马氏体-亚稳体心相的碳过饱和的铁，其通过淬火奥氏体的无扩散相变产生。由以适中冷却速率冷却高温奥氏体相产生的典型显微结构将包括先共析铁素体(在共析温度以上与亚共析奥氏体分开的铁素体)和珠光体或贝氏体，或者更通常地，这些组分的组合。珠光体由交替的铁素体和渗碳体薄片以较小的过冷从奥氏体共析成分(铁具有0.8%重量百分比的碳)协同生长而形成。贝氏体以较高的过冷由奥氏体形成并且包括铁素体板连同在这些板之间或内部沉淀的精细碳化物。以足够高的冷却速率，能够通过由无扩散切变进行的奥氏体向亚稳马氏体相的转变来消除奥氏体向铁素体、珠光体和贝氏体的转变。根据钢成分、冷却速率和淬火温度，显微结构中的奥氏体相的一部分能够在环境温度下保留。在这些参数中，促进残余奥氏体稳定性的是高含碳量和细晶粒尺寸。为了获得适合于随后的板成型操作的显微结构，冷轧铁素体钢工件通常受热到它们相应的A3温度以上(例如，接近900摄氏度，取决于合金钢的成分)以获得均匀的奥氏体晶体结构并且然后淬火到它们的Ms温度以下(例如，约400摄氏度，还是取决于钢成分)以转换一部分奥氏体相为马氏体。新成型的马氏体与残余奥氏体的所得到的比例影响钢工件的成型性和强度。这种热处理实践可以由钢供应商执行或者由制造商执行，其将要使钢板或带材料变形为冲压的或以其他方式成型的产品。车身部件的制造商获得板或带材料，并且从其上切割合适的节段用于部件的成型。部件可以在环境温度下在冲压车间中成型或者在加热压力机或其他金属成型机器中成型。随着生产的钢显微结构强度越来越高，带或板工件已经逐渐变得越来越薄。钢加工成车身部件的目标开始于在期望成型温度(通常为环境温度)下高度可成型的低合金钢工件，然后生产非常强且质轻的成型钢部件。但是，难以实现初始低强度和高成型性与最终复杂形状和高强度这两个目标。特别设计成满足对高强度与延展性的更好组合的最新需求的钢板已经分类成先进高强度钢。—种获得带有增强强度和增强延展性的需要组合的先进高强度钢的方法依赖于在成型之前保留钢显微结构中的高温奥氏体相的能力。一旦对奥氏体钢淬火，淬火的显微结构中的一些高温奥氏体相就有就这样保留的趋势，而不转变成马氏体相或其他奥氏体分解产物。钢，特别是合金化的和加工成包含相当多的残余奥氏体的，能够经历相变感生可塑性，由此，成型期间残余奥氏体的应变感生转变得到更大级别的强度和延展性。钢能够进行特别配制和加工以便最大化初始钢板中的残余奥氏体量，因此最好地利用相变感生可塑性或TRIP〃效果，这改善钢的延展性。由于TRIP钢在室温下成型，部件的剧烈应变区域中的残余奥氏体将转变成马氏体。结果是，在部件的那些区域中，加工硬化速率增大，这抑制了局部变薄或颈缩，并因此提高钢的延展性或成型性。钢能够配制和加工以便在形变之前保留更大量的奥氏体，因此在成型的部件中获得强度和延展性的更大组合。这种钢成分的配制可以包括多达0.4%C和1.5%Mn的量级。除了提高钢的强度和硬化度之外，C和Mn是强奥氏体稳定合金元件，这降低马氏体开始转变温度并且在淬火时促进奥氏体残余。为保留大分数的奥氏体的目的设计的合金钢还可以包含大约l%Si或Al的量级以抑制碳化物的成型，这将以其他方式耗尽残余奥氏体的碳含量，使它在室温下较不稳定。在钢工件成型之前保留低合金钢板材料中的奥氏体的现有实践已经使用标准奥氏体化热处理，或者可替代地，在淬火之前在双相临界温度范围内预热板作为初加工步骤。仍然需要保留和/或更改低合金含量钢板和钢带中的奥氏体的改善方法，以便它们能够更容易地形成复杂的三维形状，其呈现高强度和刚度，以用于车辆应用及其他用途。
技术实现思路
根据本专利技术的实施，低合金钢工件逐渐地被加热到第一预定温度，对于合金的特定成分而言，在此温度以上时显微结构完全转变成奥氏体(a3)。同样地，低合金钢的A3温度可以超过约900摄氏度，取决于钢的合金含量。奥氏体晶粒的碳含量与钢的碳含量相同。钢工件可以例如为车身部件的制造设计的板卷或带卷的形式。或者，工件可以是较小的板或带的形式，为成型操作而进行切割、成型和制备。工件被加热到合适的预定温度，例如高于其A3温度约10摄氏度。奥氏体化的低合金钢工件然后被冷却至低于其第一温度的预定第二温度并且通常适当地低于A3温度约10摄氏度。钢工件至低于A3温度的这种冷却步骤促使由刚成型的奥氏体形成为一些先共析铁素体。工件中奥氏体晶体结构的主要部分保留下来。较小的铁素体晶粒在奥氏体晶界处形成。在处于第二和较低温度的数秒时段之后，工件被重新加热到工件的A3温度以上。当钢被重新加热到A3温度以上时，新沉淀的先共析铁素体晶粒就溶解，并且新的奥氏体晶粒沉淀在奥氏体晶界处和奥氏体/铁素体界面边界处。结果是细化的奥氏体晶粒度，归因于受热时更多数量的奥氏体成核点。A3温度以上和以下的相应温度的保持时间可以例如是数秒，例如三十秒或更少，的预定时段。加热速度可以是基于实际的加热实践。热循环实践可以例如通过在热处理炉的不同温度区段之间移动工件被执行，为这样的循环热处理设定尺寸并进行控制。或者，可以在不同的感应加热线圈之间移动工件。在刚好高于与低于工件的A3温度的温度之间进行这种循环热处理的目的和功能是为了在较低温度下重复地沉淀较小量的先共析铁素体以及在高于A3温度的较高温度下重新溶解铁素体。这个过程有利地在A3温度以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热处理低合金碳钢成分工件的方法，用于改善其延展性以成型为制造件并且提供成型件的提高的强度，所述低合金碳钢工件具有碳含量，并且开始时具有铁素体显微结构；所述方法包括：加热所述钢成分工件到其A3温度以上的第一温度，直到所述钢成分工件的显微结构转变成奥氏体晶粒；在冷却时段将所述钢成分工件冷却到其A3温度以下的第二温度，以开始铁素体在奥氏体晶粒的晶界处的沉淀，所述第二温度和冷却时段的持续时间被确定以保留所述显微结构中的大部分奥氏体晶粒；在再加热时段再加热所述钢成分工件到其A3温度以上的温度以由沉淀的铁素体在未转变成铁素体的奥氏体晶界处重新形成新的奥氏体晶粒；重复所述钢成分工件到其A3温度以下的冷却和到其A3温度以上的再加热，以获得变化的和重新形成的奥氏体晶粒的预定显微结构；然后，当所述钢成分工件处于其A3温度以上或以下的温度时，淬火所述钢成分工件到其Ms温度以下且其Mf温度以上的淬火温度，以开始由变化的和重新形成的奥氏体形成马氏体，并且获得所述工件的显微结构中的残余奥氏体的期望比例；以及随后淬火所述钢成分工件到环境温度，以为成型操作准备所述钢成分工件。

【技术特征摘要】
2012.01.20 US 13/354,5891.一种热处理低合金碳钢成分工件的方法，用于改善其延展性以成型为制造件并且提供成型件的提高的强度，所述低合金碳钢工件具有碳含量，并且开始时具有铁素体显微结构；所述方法包括: 加热所述钢成分工件到其A3温度以上的第一温度，直到所述钢成分工件的显微结构转变成奥氏体晶粒； 在冷却时段将所述钢成分工件冷却到其A3温度以下的第二温度，以开始铁素体在奥氏体晶粒的晶界处的沉淀，所述第二温度和冷却时段的持续时间被确定以保留所述显微结构中的大部分奥氏体晶粒； 在再加热时段再加热所述钢成分工件到其A3温度以上的温度以由沉淀的铁素体在未转变成铁素体的奥氏体晶界处重新形成新的奥氏体晶粒； 重复所述钢成分工件到其A3温度以下的冷却和到其A3温度以上的再加热，以获得变化的和重新形成的奥氏体晶粒的预定显微结构；然后，当所述钢成分工件处于其A3温度以上或以下的温度时， 淬火所述钢成分工件到其Ms温度以下且其Mf温度以上的淬火温度，以开始由变化的和重新形成的奥氏体形成马氏体，并且获得所述工件的显微结构中的残余奥氏体的期望比例；以及随后 淬火所述钢成分工件到环境温度，以为成型操作准备所述钢成分工件。2.如权利要求1所述的热处理低合金碳钢成分工件的方法，并且，在淬火所述钢成分工件到其Ms温度以下且其Mf温度以上的淬火温度的步骤之后，进一步地包括，在淬火所述钢成分至环境温度之前，维持所述钢成分工件在其Ms温度以下和其Mf温度以上一段时间，以提高残余奥氏体的比例。3.如权利要求1所述的热处理低合金碳钢成分工件...

【专利技术属性】
技术研发人员：JR布拉德利，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：